Устройство для измерения интерферограмм

(504 С 01 В 21 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕК А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ". 59 98 54) УСТРОИСТВО ДЛЕРОГРАММ57) Изобретениеельной технике. ИЯ ИНТЕ Я ИЗМЕ ся к измеризобретения тноси лью ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(21) 3871320/24-2 (22) 26,03.85 (46) 07.03.87. Бю (72) Р.В.Галански (53) 531.7(088.8) (56) Патент СШАкл. 6 01 В 11/00,является повышение точности измеренияположения центров интерференционныхполос за счет исключения погрешностейот измерения скорости сканирования иобразования ложных сигналов, Устройство содержит АЦП 7, преобразующийсигнал в дискретную форму, запоминающий блок 9, позволяющий запомнить величину энергии полупериодного сигнала(в следующем полупериоде) половины между центрами полос с каждым тактом запоминающего значения с задержанной генератора 8, учитывающим скорость текущей величиной и таким образом вы- сканирования, проводит определение являть энергетический центр полупери- расстояния между вычисленными центраода, Блок 5 определения интервалов ми соседних полос. 2 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено в интерферометрических измерительных системах для измерения расстояниямежду интерференционными полосами,например при контроле асферическихоптических поверхностей.Цель изобретения - повышение точности измерения положения центров интерференционных полос эа счет исключения погрешностей от изменения скорости сканирования и образования ложных сигналов.На фиг.1 приведена блок-схема устройства; на фиг,2 - диаграмма напряжений на элементах схемы.Устройство содержит последовательно установленные сканирующий блок 1с приемником 2 излучения, усилительограничитель 3, блок 4 определения 20центра полосы, блок 5 определения ин,тервалон между центрами полос, регистратор 6,Блок 4 определения центра полосысостоит из аналого-циФрового преобразователя (АЦП) , генератора 8, запоминающего блока 9, делителя 10, компаратора 11 с инвертором 12, элемента13 задержки, сумматора 14, регистра15, коммутатора 16, схемы 17 сравнения кодов, второго триггера 18.Блок 5 определения интервалов между центрами полос состоит из первоготриггера 19 (со счетным входом), двухэлементов ЗИИЛИ 20 и 21 и двух счет чиков 22 и 23 импульса. На диаграммахобозначены сигналы 24-38.Вход АЦП 7 соединен с выходом усилителя-ограничителя 3 и с входом компаратора 11, а выход " с (информационным) входом блока 9 и через делитель 10 с входом сумматора 14. Выходблока 9 объединен с выходом делителя10, у которого коэффициент деленияравен двум, Выход сумматора 14 соеди 2нен с входами регистра 15 и коммутатора 16, выходы которых соединены с соответствующими входами схемы 17 сравнения кодовВыход схемы 17 сравнения кодов соединен с вторым (нулевым) входом второго триггера 18 и с вторым входом сброса сумматора 14, первый вход сброса которого объединен с входом управления коммутатора 16, и подключен через последовательно соединенные элемент 13 задержки и инвертор 12 к выходу компаратора 1 1, к первому входу управления блока 9 и к счетным входам триггера 19. Ком - мутирующий адресный вход блока 9 соединен с первым (единичным) выходом триггера 18, с первыми входами элементов ЗИИЛИ 20 и 21. Адресный вход блока 9 соединен с перным выходом генератора 8, тактовым входом АЦЛ 7, вторыми и пятыми входами элементов ЗИИЛИ 20 и 21, Второй вход генератора 8 подключен к входу сканирующего блока 1. Вход элемента 13 задержки соединен с входом управления регистра 15, Нулевой выход триггера 18 соединен с первым входом управления регестратора б, с четвертыми входами элементов ЗИИЛИ 20 и 21. Третий вход у первого 20 и шестой вход у второго 21 элементов ЗИИЛИ соединены с нулевыми выходами первого триггера 19 и вторым входом управления регистратора б, шестой вход у первого 20 и третий вход у второго 21 элементов ЗИИЛИ соединены с единичным выходом триггера 19. Выходы элементов ЗИИЛИ 20 и 21 соединены через соответствующие. счетчики 22 и 23 импульсов с информационным входом регистратора 6, выходы которого соединены с входами сброса соответствующего счетчика 22 и 23.Устройство работает следующим образом.Работа устройства основана на определении центра интерференционной волосы через энергетический центр сигнала, формируемого от этой полосы, и вычислении координат этих центров.Расстояние (временное) между .центрами двух соседних полос (фиг2) 1. = 1-1 + +где- период следования двух соседних светлых (темных)полос1 - интервалы между началамисоседних полос и их центрами.Для определения положения центра поло сы измеряется половина энергии каждойполуволны электрического сигнала, формируемого от каждой полосы, и с полученной величиной сравнивается текущаявели ина энергии задержанной полуволны того же сигнала. Моменты равенстваэтих величин энергии принимаются завременные координаты центров полос,В исходном состоянии в устройствеустанавливаются в нулевое состояние(цепи начальной установки (не показаны) АЦП 7, регистр адреса блока 9,счетчики 22 и 23, триггеры 18 и 19,а регистр 15 - в любое ненулевое состояние, При этом сигналом 31 с единичного выхода триггера ЗИИЛИ 20и 21 подготавливаются по четвертомувходу, а сигналом 33 с выхода триггера 19 эти элементы подготавливаютсясоответственно по третьему и шестому 35входам.Коландой Пуск запускают генератор 8 и с помощью сканирующего блока,синхронизированного частотой генератора 8, сканируют интерференционную 40картину в направлении, перпендикулярном интерференционным полосам, На выходе приемника 2 излучения формируется электрический сигнал, уровень которого измеряется в соответствии с 45освещенностью элементов картины, ачастота определяется скоростью сканирования и интенсивностью полос. Сигнал с приемника 2 поступает на входусилителя-ограничителя 3, который 50усиливает этот сигнал и выделяет изнего полуволны одной полярности, которые поступают на вход АЦП 7 и компаратора 11, АЦП 7 квантует аналоговый сигнал полуволны в цифровой кодс частотой следования тактовых импульсов генератора 8,Одновременно тактовые импульсы свыхода генератора 8 поступают на вторые и пятые входы элементов 311-211120 и 21 и прохопят через адин из нихна счетчик 23. Последний начинаетподсчет импульсов, количество которыхпропорционально координате 1 - расостоянию от начальной точки отсчета доначала первой полосы. Тактовые импульсы (сигналы) 37 на этот счетчик поступают до начала первой полосы (первой полуволны) в течение времени(фиг,2),С появлением на входе ЛЦП 7 и компаратора 11 полуволнового сигнаа 25,соответствуощего, например, светлойполосе, на выходе компаратора 11 формируется потенциал единичного уровня(сигнал 26); который поступает напервый вход управления блока 9 и устанавливает в нем режим записи, запускает счетчик адреса, имеющийся в блоке 9, В течение временис выходаАЦП 7 выдаются коды (сигнал 28), которые записываются в блок 9 с каждымтактовым импульсом, поступающим наадресный вход блока 9 и тактовыйвход АЦП 7. Одновременно код с ЛЦП 7через делитель 10, который уменьшаетзначение кода в два раза за счетсдвига кода на один разряд в сторонумладшего разряда, поступает в сумматор 14. В сумматоре 14 производитсясуммирование кодов, соответствующихполовине амплитуды дискретных значений сигнала, и вычисляется величина,пропорциональная половине энергииполуволнового сигнала в интервале(Фиг,2),Одновременно передним фронтом сигнала с выхода компаратора 11 устанавливается в единичное состояние триггер 19 и на его выходе формируетсяразрешающий сигнал 34, который подготавливает шестой и третий входы соответствующих элементов ЗИИЛИ 20и 21. Тактовые импульсы (сигнал 35)с генератора 8 поступают через элемент ЗИИЛИ 20 на вход счетчика 22,который начинает подсчет интервалас. В это время вход счетчика 23закрыт.После окончания полуволны (сигнала 25) на выходе компаратора 11 формируется нулевой .сигнал 26, которыйпоступает на управлявший вход блока9 и переключает его в режим считывания, запирает вход счетчика адреса вблоке 9. Сигнал 2 б также поступаетна инвертор 12 и формирует на его выходе единичный сигнал 27, который по 1295224ступает на управляющий вход регистра 15 и перецним фронтом. разрешает перенос информации из сумматора 14 и регистр 15, с выхода которого код поступает на один из входов схемы 17 сравнения. Одновременно сигнал 27 с выхода инвертора 12, задержанный,элементом 13 задержки на время (фиг.2), необходимое для записи в регистр 15, поступает на первый вход сброса сумматора 14 и первый вход триггера 18. Передним фронтом задержанного сигнала сумматор 14 устанавливается в нулевое состояние, а триггер 18 - в единичное. состояние,Задержанный сигнал поступает также на управляющий вход коммутатора 16, подготавливает его к приему кода с сумматора 14, Единичный потенциал (сигнал 30) с выхода триггера 18 поступает на первые входы элементов ЗИИЛИ 20 и 21, на второй вход управления блока 9, код которого отпирает вход счетчика адреса, С каждым тактовым импульсом в интервале С из блока 9 в сумматор 14 поступает ранее записанный код (сигнал 29), а с выхода сумматора 14 код поступает через коммутатор 16 на второй вход схемы 17 сравнения. По мере поступления кодов (сигнал 29) из блока 9 в суммато" ре 14 формируется задержанное текущее значение кода энергии первого полуволнового сигнала, который сравнивается в схеме 17 сравнения с кодом половинного значения энергии этого сигнала, записанным в регистре 15, В момент равенства кодов на выходе схемы 17 сравнения формируется сигнал 32, соответствующий энергетическому центру сигнала, который поступает на нулевой вход триггера 18 и сумматора 14, устанавливая их нулевое положение. На выходе триггера 18, таким образом, формируется импульс (сигнал 30), длительность которого равна временному интервалу от начала сигнала 25 до его энергетической серединыЕдиничный сигнал 30 с выхода триггера 18 через элемент ЗИИЛИ 21 открывает вход счетчика 23, который производит подсчет тактовых импульсов (сигнал 37) в интервале Х . Вход счет2 чика 22 в это время закрыт нулевым сигналом 31 с выхода триггера 18. Это эквивалентно тому, что из текущего значения величины 1производится вычитание значения величины У,После установки триггера 18 в исходное состояние в момент равенствакодов вход счетчика 23 запирается, асчетчика 22 отпирается. На выходе 5 счетчика 23 фиксируется код (сигнал37), пропорциональный интервалу от на-.чальной точки отсчета до центра первой полосы А,=1 +1 =Ь . Этот код поступает в регистратор 6, который послесчитьвания выдает сигнал сброса 38 всчетчик 23 и устанавливает его нулевое состояние. На вход счетчика 22импульсы (сигналы 35) продолжают поступать до начала следующей полуволны - второй светлой полосы.С этого момента начинаетея вычисление сумматором 14 половины значенияэнергии сигнала второй полуволны винтервале С,зи запись в блоке 9 текущих значений этого сигнала аналогичнопроцессу, описанному для первой полуволны.С началом полуволны (сигнал 25)второй светлой полосы на выходе компаратора формируется единичный сигнал26, который устанавливает в блоке 9режим записи и открывает вход счетчика адреса блока 9, переключает триггер 19 в нулевое состояние. Разрешаюф щий сигнал 33 блока 9 с нулевого выхода триггера 19 подготавливает третий и шестой входы соответственно уэлементов ЗИИЛИ 20 и 21. Таким образом, на вход счетчика 23 поступают 35 тактовые импульсы (сигнал 37), которые формируют в счетчике код А , со ответствующий интервалу Ь - расстоянию между центрами второй и третьейполосы. Одновременно с каждым такто-, 40 вым импульсом производится запись кода (сигнал 28) с выхода АЦП 7 в блок9 и через делитель 10 в сумматор 14,После окончания полуволны по разрешающему сигналу 27 с выхода инвер тора 12 производится перезапись кодаиз сумматора 14 в регистр 15, нулевойсигнал 26 с выхода компаратора переключает блок 9 в режим считьвания.Начинается операция сравнения текуще го значения энергии задержанной второй полуволны с величиной энергии,записанной в регистр 15 аналогичноописанному для первой полуволны. Приэтом вход счетчика 23 запирается, а 55 вход счетчика 22 открывается и начинается подсчет координаты 1 . Таким3образом, в счетчике 22 завершаетсяформирование кода А эквивалентногоинтервалу Ьмежду центрами первой95224 Количество импульсов, подсчитанное поочередно счетчиками 22 и 23, пропорционально временному интервалу между центрами соседних полуволн сигнала. Зная частоту следования импульсов и скорость сканирования исследуемой интерференционной картины, можно пересчитать эту величину в расстояние между центрами интерференционных полос, а также определить координаты центров всех полос на картине. 7 1 2 и второй полос, 1 осле совпадения кодов в схеме 17 сравнения импульс с его выхода переключает триггер 18, с выхода которого сигнал 31 поступает на регистратор б. По этому сигналу с выхода счетчика 22 производится запис кода А, в регистратор 6, который после ввода выдает в счетчик 22 импульс сброса (сигнал 36) и устанавливает его в исходное нулевое состояние, В это время счетчик 23 продолжает формировать код Л , подсчитывая импульсы (сигнал 37), количество которых эквивалентно интервалу 1 . Процесс продолжается аналогично описанному до появления сигнала "Останов", который поступает на генератор 8 и запирает его. Сканирующий блок 1 останавливается, импульсы (сигнал 24) прекращают поступать в устройство. Формула изобретения Устройство для измерения интерферограмм, содержащее сканирующий блок, приемник излучения, оптически связанный с ним, усилитель-ограничитель, подключенный к выходу приемника излучения, блок определения центра полосы с компаратором и коммутатором и регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я темчто, с целью повьппения точности измерения положения центров интерференционных полос, оно снабжено блоком определения интервалов между центром полос, выполненньж в виде триггера, двух элементов ЗИИЛИ и двух счетчиков импульсов, входы триггера подключены к выходу компаратора, один выход триггера соединен с объединенными ше" стым входом первого элемента ЗИИЛИ и третьим входом второго элемента ЗИ 2 ИЛИ, другой выход триггера соединен с третьим входом первого и шестымвходом второго элементов ЗИИЛИ другой выход которого соединен с четвертыми входами элементов 3 ИИЛИ, а выходы подключены через соответствующие ь счетчики к соответствующим информационным входам регистратора, один входуправления которого соединен с четвертыми входами элементов ЗИИЛИ, 10 другой - с шестыми входами этих элементов, а выходы регистратора подклю 1 чены к входам сброса счетчиков, аблок определения центра полосы включает также соединенные последователь но аналого-цифровой преобразователь,сумматор, регистр и схему сравнениякодов, соединенные последовательно инвертор и элемент задержки, генератор,запоминающий блок и второй триггер, 20 коммутатор включен между выходом сумматора и вторым входом схемы сравнения кодов, вход компаратора подключенк входу аналого-цифрового преобразователя и является входом блока определения центра полосы соединенногос усилителем-ограничителем, выход элемента задержки соединен с первым входом сброса сумматора, с входом управления коммутатора и с первым входом З 0 триггера, второй вход которого подключен к выходу схемы сравнения, соединенному также с вторым входом сброса сумматора, выход аналого-цифровогопреобразователя соединен с информаци онным входом запоминающего блока, выход которого подключен к выходу делителя, адресный вход запоминающегоблока объединен с тактовым входоманалого-цифрового преобразователя и 40 подключен к первому выходу генератора, выход компаратора соединен такжес первым входом управления запоминающего блока, второй вход управлениякоторого соединен с первым выходом 45 второго триггера, вход управления регистра подключен к выходу инвертора,первые входы обоих элементов ЗИИЛИподключены к первому выходу триггераблока определения центра полосы, вто рые и пятые входы подключены к первому выходу генератора блока определения центра полосы, второй выход генератора подключен к сканирующему блоку, вход элемента задержки подключен 55 также к входу управления регистра.195224 ставитель Е.ГлазковхРед В.КадаР КоРРектоР В,Вутяг Редактор Н.Тупи Подписное Заказ 6 Производственно-полиграФическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектна 7ВНИИПИпо3035,Тираж 678Государственного комитета СССРелам изобретений и открытийосква, Ж, Раушская наб д